Alveole pulmonare: informații neștiute ca să îți înțelegi mai bine corpul

Redactor specializat
Biochimist, psihoterapeut, formare nutriție și terapii complementare
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.


Călătoria oxigenului în plămâni se termină la nivelul micilor saci unde are loc schimbul de gaze, numiți alveole pulmonare. Deși sunt microscopice, alveolele pulmonare duc greul uneia dintre cele mai importante etape ale respirației: difuzia oxigenului în sânge și trecerea dioxidului de carbon din sânge în aerul ce urmează a fi expirat. Plămânii noștri sunt înzestrați cu un număr cuprins între 300 și 500  de milioane de alveole pulmonare,  localizate la sfârșitul tuburilor bronșice. Atunci când inspirăm, alveolele se dilată pentru a primi oxigenul, iar când expirăm se contractă pentru a expulza dioxidul de carbon.

În rândurile următoare, vom vorbi mai multe despre aceste structuri de bază ale respirației, denumite alveole pulmonare și despre rolul uimitor pe care îl îndeplinesc în funcționarea aparatului respirator

Ce înseamnă alveole pulmonare

”Alveola pulmonară reprezintă o cavitate naturală prezența în țesutul lobului pulmonar. Alveolele sunt locul în care se produce schimbul de gaze în plămâni. În alveola aerul cedează o parte din oxigen, transformând  sângele venos, roșu-închis, în sânge arterial, roșu-aprins. Apoi aerul conținut în alveolă se îmbogățește cu dioxid de carbon, evacuat prin expirație.”, aceasta este definiția pe care dr. Dan Cucuteanu o dă alveolelor pulmonare în cadrul site-ului be-healthy.ro

Această definiție succintă surprinde și rolul alveolelor pulmonare, de a asigura schimbul de gaze la nivel pulmonar.

O alveola pulmonară (din latină alveolus, „cavitate mică”), cunoscută și sub numele de sac de aer sau spațiu aerian, este una dintre milioanele de cavități goale, distensibile, în formă de cupă din plămâni, unde oxigenul este schimbat cu dioxid de carbon. Alveolele formează țesutul funcțional al plămânilor cunoscut sub numele de parenchim pulmonar, care ocupă 90% din volumul total al plămânilor.

Deși sunt minuscule, milioanele de alveole pulmonare, luate împreună, formează o suprafață foarte mare, de peste 100 de metri pătrați, astfel încât schimburile respiratorii să se desfășoare în condiții optime.  Această suprafață mare este necesară pentru a procesa cantitățile uriașe de aer implicate în respirație și pentru a aduce oxigenul în plămâni. Un milimetru cub de țesut pulmonar conține aproximativ 170 de alveole, iar plămânii umani au o suprafață de aproximativ 70 de metri pătrați. Alveole noi continuă să se formeze până la vârsta de opt ani.

”Pentru ca schimbul de gaze respiratorii să fie eficient și să îndeplinească nevoile organismului, este necesară o suprafață mare de schimb. Un număr mare de alveole crește de foarte multe ori această suprafață. Membrana respiratorie sau alveolo – capilară este alcătuită din epiteliul alveolar și stratul de celule endoteliale care formează capilarul pulmonar și are niște proprietăți speciale.

Pentru a fi eficient, schimbul de gaze trebuie să fie foarte rapid. Membrana este extrem de subțire, gazele trebuie să străbată doar jumătate de micrometru. De asemenea, schimbul se realizează prin difuziune, adică de la concentrație mare la concentrație mică, pe distanțe mici, difuziunea fiind foarte rapidă.”, spune dr. Bianca Cucoș pe raportuldegarda.ro

Alveolele sunt aranjate în clustere de-a lungul plămânilor, distribuite la capetele ramurilor arborelui respirator. Diametrul unei alveole este între 200 și 500 μm. Plămânii absorb între 5 și 8 litri de aer pe minut. În repaus, alveolele trimit în jur de 0,3 litri de oxigen în sânge pe minut.

Grupurile de alveole pulmonare sunt aranjate în unități funcționale numite acini. Numărul de alveole și saci alveolari este ceea ce conferă plămânilor o consistență spongioasă.

Un acin pulmonar sau unitate respiratorie constă în bronhiole respiratorii, canale alveolare, saci alveolari și alveole.

În cadrul unui acin, toate căile respiratorii (ductele alveolare și bronhiolele respiratorii) au alveole atașate de pereții lor și participă astfel la schimbul de gaze. În plămânul uman există aproximativ 30.000 de acini.

Septul inter-alveolar oferă baza structurală pentru schimbul de gaze în plămân, separând compartimentul de aer (spațiul aerian alveolar) de compartimentul de sânge (lumenul capilar).

Stratul exterior al alveolelor, epiteliul, este compus din două tipuri de celule: tipul 1 și tipul 2.

Pneumocitele de tip I sunt  responsabile de schimbul de oxigen și CO2. Pneumocitele tip I sunt cele mai mari dintre cele două tipuri de celule; sunt celule subțiri, plate, care formează structura alveolelor. Sunt scuamoase (oferind o suprafață mai mare fiecărei celule) și au prelungiri citoplasmatice lungi care acoperă mai mult de 95% din suprafața alveolară. Celulele de tip 1 acoperă 95% din suprafața alveolară și constituie bariera aer-sânge.

Celulele de tip I sunt implicate în procesul de schimb de gaze între alveole și sânge. Aceste celule sunt extrem de subțiri – uneori au doar 25 nm – a fost nevoie de microscopul electronic pentru a demonstra că toate alveolele sunt căptușite cu epiteliu. Această căptușeală subțire permite o difuzie rapidă a gazelor între aerul din alveole și sângele din capilarele din jur.

Nucleul unei celule de tip I ocupă o zonă mare de citoplasmă liberă, iar organitele sale sunt grupate în jurul acestuia, reducând grosimea celulei, ceea ce face ca grosimea barierei sânge-aer să fie redusă la minimum.

Solubilitatea relativ scăzută și rata de difuzie destul de mică a oxigenului necesită o suprafața internă mare (aproximativ 80 m2) și pereți foarte subțiri ai alveolelor. Între capilare există o matrice extracelulară, o țesătură asemănătoare ochiurilor din fibre elastice și colagene. Fibrele de colagen, fiind mai rigide, dau fermitate peretelui, in timp ce fibrele elastice permit extinderea si contractia peretilor in timpul respiratiei.

Pneumocitele de tip I nu se pot reface atunci când sunt distruse. În caz de deteriorare, celulele de tip II pot prolifera și se pot diferenția în celule de tip I pentru a compensa pierderile.

Pneumocitele de tip II  îndeplinesc două funcții importante:  produc surfactant, care ajută la menținerea formei alveolare și se pot transforma în celule de tip I pentru a repara daunele și leziunile apărute la nivel alveolar.  Surfactantul acoperă suprafața interioară a alveolei și ajută la reducerea tensiunii superficial, asigurând păstrarea formei fiecărei alveole atunci când inspirăm și expirăm.

Celulele de tip II sunt cuboidale și mult mai mici decât celulele de tip I.  Sunt cele mai numeroase celule din alveole, dar nu acoperă o suprafață atât de mare ca celulele scuamoase de tip I. Celulele de tip II (pneumocite granuloase) din peretele alveolar conțin organite secretoare cunoscute sub numele de corpi lamelari sau granule lamelare, care fuzionează cu membranele celulare și secretă surfactantul pulmonar. Acest surfactant este o peliculă de substanțe grase, un grup de fosfolipide care reduc tensiunea superficială alveolară. Surfactantul este eliberat continuu prin exocitoză. Reumflarea alveolelor după expirare este facilitată de surfactant, care reduce tensiunea superficială în căptușeala fluidă subțire a alveolelor.

Celulele de tip II încep să se dezvolte la aproximativ 26 de săptămâni de gestație, secretând cantități mici de surfactant. Cu toate acestea, cantități adecvate de surfactant nu sunt secretate până la aproximativ 35 de săptămâni de gestație – acesta este principalul motiv  pentru care copiii născuți prematur, care nu au suficient surfactant pulmonar, sunt în risc de sidrom de detresă respiratorie. Alveolele conțin și celule imunitare numite macrofage alveolare care fagocitează microbii și particulele nocive și  îndepărtează celulele moarte.

”Suprafața externă a alveolelor este acoperită de o mulțime de capilare, ceea ce permite sângelui să preia o cantitate mare de oxigen și să elimine o cantitate mare de dioxid de carbon într-un timp foarte scurt.”, precizează dr. Bianca Cucoș.

Rolul alveolelor pulmonare

Grupurile de  alveole pulmonare au ca rol principal realizarea schimbului de gaze respiratorii.  Designul septului inter-alveolar trebuie să îndeplinească anumite cerințe structurale pentru difuzia eficientă a oxigenului și a dioxidului de carbon între aer și sânge, oferind o suprafață mare și o barieră subțire de difuzie. Mai mult, trebuie să îndeplinească și cerințele funcționale de stabilitate (prevenind astfel supra-distensia sau colapsul alveolelor) și flexibilitate (putând urma mișcările toracelui în timpul ciclului respirator).

În septul inter-alveolar, bariera tisulară care separă aerul și sângele constă in cele două straturi celulare continue: un epiteliu îndreptat spre lumenul alveolar și un endoteliu îndreptat către lumenul capilar. Între ele se află un spațiu interstițial de grosimi și compoziții diferite. Epiteliul alveolar este un mozaic de celule epiteliale alveolare de tip I care acoperă aproximativ 95% din suprafața alveolară totală cu extensiile lor subțiri de celule scuamoase intercalate cu celule epiteliale alveolare de tip II cuboidale care sunt ușor de recunoscut prin corpurile lamelare secretoare de surfactant. Raportul numeric dintre celulele de tip I și cel de tip II este de aproximativ 1:2. Continuitatea și etanșeitatea epiteliului alveolar și a endoteliului capilar sunt esențiale pentru echilibrul fluidului în regiunea alveolară, deoarece aceste straturi de țesut separă (și reglează activ) compartimentele de lichid extracelular: plasma sanguină, lichidul interstițial și lichidul de căptușeală alveolar.

Acinii sau grupurile de alveole pulmonare în  ciorchine sunt punctul final al sistemului respirator. Procesul respirator începe prin inhalarea aerului care călătorește în jos prin trahee, apoi prin bronhii, până la plămâni.

De acolo, aerul este direcționat prin pasaje din ce în ce mai mici, numite bronhiole, apoi prin canale minuscul numite  ducte alveolare și, în cele din urmă, pătrunde într-o alveola individuală. Surfanctantul alveolar menține forma sacului de aer deschis, astfel încât oxigenul și CO2 să poată trece.

În acest moment, moleculele de oxigen se deplasează printr-un singur strat de celule pulmonare în alveole, apoi printr-un singur strat celular într-un capilar pentru a intra în sânge.

Dioxidul de carbon este un produs secundar al arderilor  celule care au nevoie de oxigen pentru a genera energie. Pe măsură ce oxigenul trece din alveole în sânge, moleculele de dioxid de carbon pătrund în alveole și sunt apoi expirate din corp prin nas sau gură.

Oxigenul poate trece din alveole în capilare deoarece concentrația de oxigen este mai mică în capilare decât în ​​alveole.

În mod similar, CO2 se mișcă în sens invers, deoarece concentrația de dioxid de carbon este mai mică în alveole decât în ​​capilare.

Diafragma  este mușchiul care controlează respirația. Când inspirăm, diafragma  se contractă. Acest lucru creează presiune negativă în piept, determinând alveolele să se extindă și să absoarbă aer. Când expiram, diafragma se relaxează. Acest lucru face ca alveolele să se restrângă sau să se retragă, împingând aerul în afară.

O pereche tipică de plămâni umani conține aproximativ 300 de milioane de alveole, oferind o suprafață totală pentru schimbul de gaze între 70 și 80 de metri pătrați. Fiecare alveolă este învelită într-o plasă fină de capilare care acoperă aproximativ 70% din suprafața sa.

În pereții alveolari există pasaje de aer interconectate între alveole cunoscute sub numele de porii lui Kohn. Septurile alveolare care separă alveolele din sacul alveolar conțin unele fibre de colagen și fibre elastice. Septurile adăpostesc, de asemenea, rețeaua capilară înțesată care înconjoară fiecare alveolă. Fibrele elastice permit alveolelor să se întindă atunci când se umplu cu aer în timpul inhalării. Apoi, alveolele se contractă în timpul expirației pentru a expulza aerul bogat în dioxid de carbon.

Ce factori afectează alveolele pulmonare

Acest mecanism aparent perfect care asigură respirația se poate deteriora sau deveni mai puțin eficient din cauza mai multor factori:

  • Bolile
  • Procesul de îmbătrânire boala
  • Fumatul
  • Poluarea aerului

Fumatul

Fumul de țigară produce leziuni la nivelul plămânilor și  duce la o serie de boli, precum boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC), emfizemul,  bronșita cronică sau cancerul pulmonar.

Fumul de tutun irită bronhiolele și alveolele pulmonare și afectează mucoasa plămânilor.

Daunele cauzate de tutun sunt cumulate și ireversibile. Anii de expunere la fumul de țigară pot determina formarea de cicatrici la nivelul țesutului pulmonar, astfel încât plămânii nu mai procesa eficient oxigenul și dioxidul de carbon.

Poluarea

Poluarea interioară de la fumatul pasiv, mucegaiul, praful, substanțele chimice de uz casnic, radonul sau azbestul pot deteriora plămânii și pot agrava bolile pulmonare existente.

Poluarea exterioară, cum ar fi emisiile auto sau industriale, este, de asemenea, dăunătoare pentru plămâni.

Bolile pulmonare

O serie de boli pulmonare pot deteriora alveolele, fie că sunt determinate de fumat, fie de infecții, sistem imunitar compromis, chimioterapie și radioterapie sau sunt de natură genetică. Printre bolile comune care afectează un număr mare de alveole pulmonare se numără:

Boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC) care provoacă obstrucția căilor respiratorii deteriorează pereții alveolari.

Astmul. Inflamația îngustează căile respiratorii și le blochează ceea ce duce la distrugerea alveolelor, reducând suprafața disponibilă pentru schimbul de gaze.

Fibroza pulmonară idiopatică provoacă lezarea, cicatrizarea și îngroșarea pereților care înconjoară alveolele.

Pneumonia face ca alveolele să se umple cu lichid, limitând aportul de oxigen.

O formă rar întâlnită de cancer (3% dintre tipurile de cancer pulmonar), cu cauze necunoscute,  cancerul bronșiolo-alveolar începe la nivelul celulelor terminațiilor arborelui respirator, respective bronhiolele și alveolele pulmonare.

Surfactantul insuficient

Surfactant insuficient în alveole este una dintre cauzele care pot contribui la atelectazie (colapsul unei părți sau al întregului plămân), iar la Surfactant sugarii prematuri cauzează sindromul de detresă respiratorie a sugarului (IRDS).

Îmbătrânirea

Procesul normal de îmbătrânire poate încetini sistemul respirator, prin diminuarea capacitații pulmonare și slăbirea mușchilor implicați în respirație.

De asemenea, persoanele în vârstă tind să fie mai expuse riscului de pneumonie, atât bacteriană, cât și virală, care pot deteriora alveolele pulmonare.

Inflamare alveole pulmonare

Anumite probleme medicale pot afecta  direct alveolele. Acestea se numesc boli pulmonare alveolare. Aceste boli pot provoca inflamarea și apariția de cicatrici la nivelul alveolelor. Inflamația sau infecția din interiorul alveolelor pot  duce la deteriorarea acestora.

Alveolele vor funcționa corect numai atunci când dilatarea lor este corespunzătoare nevoilor respiratorii. Unele afecțiuni sau leziuni pot face ca acest echilibru să fie întrerupt.

Supradistensia, de exemplu, înseamnă o inflație exagerată a alveolelor. Utilizarea ventilației mecanice sau a unui aparat respirator care ajută pacientul să respire poate provoca supradistensie.

Disfuncția surfactantului, provocată de  sindromul de detresă respiratorie  sau de anumite afecțiuni genetice poate provoca, de asemenea, supradistensia sau colapsul  alveolelor, ceea ce face ca plămânii să funcționeze mai greu.

Alveolele pulmonare pot suferi o serie de procese inflamatorii, urmare a multiple boli ce afectează parenchimul pulmonar.

Alveolita pulmonară poate fi de origine infecțioasă, cazul cel mai frecvent  și este numită pneumopatie bacteriană. Unii alergeni respiratori (mucegai, fân, dejecții de păsări) pot provoca o altă formă de alveolită numită pneumopatie de hipersensibilitate. Alveolita fibrozanta este o boală de cauza necunoscută, probabil autoimună, cu intervenția posibilă a factorilor genetici. Alveolita radică este o inflamație cauzată de expunerea la radiații, putând apărea ca o complicație rară a radioterapiei cancerelor de plămân sau de sân.

Pneumonia, care poate fi cauzată atât de virusuri, cât și de bacterii. este o afecțiune inflamatorie care afectează  țesutul pulmonar până la nivelul alveolelor.  Citokinele și fluidele sunt eliberate în cavitatea alveolară, interstițiu sau ambele, ca răspuns la infecție, determinând reducerea suprafeței efective a schimbului de gaze. În cazurile severe în care respirația celulară nu poate fi menținută, poate fi necesară oxigenoterapia. Pneumonia cavitară este un proces în care alveolele sunt distruse și în locul lor rămân cavități în țesutul pulmonar. Pe măsură ce alveolele sunt distruse, suprafața disponibilă pentru schimbul de gaze se reduce. Modificările ulterioare ale fluxului sanguin pot duce la scăderea funcției pulmonare.

Leziunile alveolare difuze pot fi o cauză a sindromului de detresă respiratorie acută, o boală inflamatorie severă a plămânilor . Sindromul de detresă repiratorie evoluează în mai multe stadii, începand cu o reacție inflamatorie a parenchimului pulmonar, care induce boala și determina restul reacțiilor patologice. Deteriorarea pulmonară, cu creșterea permeabilității capilare,favorizează formarea unui edem pulmonar interstițial. Această reacție inflamatorie determina creșterea granulocitelor neutrofile, care intensifica, prin eliberarea de radicali liberi, inflamația.

Și astmul se dezvoltă pe un fond de inflamație, determinată de diverse particule cu potențial iritant și alergeni. În astm,  bronhiolele se îngustează, astfel încât fluxul de aer în țesutul pulmonar este mult redus.

Fumul de țigară provoacă o inflamare de lungă durată a parenchimului pulmonar, pe fondul căreia se pot dezvolta bolile din gama BPOC,  respectiv bronșita cronică și emfizemul pulmonar.

Bronșita cronică apare atunci când o abundență de mucus este produsă de plămâni. Producerea de mucus în exces are loc în mod natural atunci când țesutul pulmonar este expus la substanțe iritante. În bronșita cronică,   bronhiolele și pasajele cu aer din alveole se înfundă cu mucus ceea ce provoacă o tuse persistentă, în încercarea de eliminare a mucusului.

În cazul emfizemului pulmonar,este afectată elastina din pereții alveolelor; pierderea elasticității plămânilor duce la timpi prelungi de expirație, care se produc prin recul pasiv al plămânului expandat. Acest lucru duce la un volum mai mic de gaze schimbat în procesul respirator, deci la o eficiență mai redusă a respirației.

Alveole pulmonare încărcate

Grupurile de alveole pulmonare pot fi afectate și de încărcarea cavităților cu mucus sau cu alte fluide (apă, puroi sau sânge). O serie de afecțiuni medicale pot determina acumularea de fluide în alveole, ceea ce îngreunează schimburile gazoase. Alveolele afectate nu mai funcționează la fel de bine. Ei își pierd capacitatea de a se întinde sau de a se retrage atunci când un pacient expiră. Acest lucru duce la o stare numită captarea aerului, ceea ce înseamnă că o cantitate de aer rămâne în plămâni chiar și după expirație.

În cazul bronșitei cronice, mucusul în exces se acumulează la nivelul parenchimului pulmonar, blocând bronhiolele și ductele alveolare. Mucusul are rol de apărare, captând particulele nocive, de exemplu din fumul de țigară, dar atunci când se acumulează în cantități afectează schimburile de gaze, ceea ce are o serie de consecințe negative. În plus, persoanele cu exces de mucus vor prezenta și o tuse de lungă durată, ca reacție a organismului la cantitatea exagerată de fluid.

Edemul pulmonar este o afecțiune cauzată de excesul de lichid în plămâni. Acest lichid se adună în alveole și poate provoca insuficiență respiratorie. Edemul pulmonar este cauzat, de obicei, de insuficiența cardiacă ventriculară stângă sau de afectarea plămânului sau a sistemului vascular al acestuia.

În cazul proteinozei alveolare pulmonară , care este o afecțiune autoimnună, are loc acumularea proteinelor în alveole.

În cazul Sindromul de detresă respiratorie acută la adult lichidele se acumulează în alveole. Sub acțiunea mediatorilor inflamatorii apare un edem alveolar, care provoacă distrugerea surfactantului de pe suprafață alveolară, formarea de microatelectaziiși compromiterea oxigenarii sângelui. Acest lucru împiedică oxigenul să mai difuzeze în sânge, ceea ce poate avea ca rezultat colapsul a multiple organe și poate fi fatal.

Carcinomul bronhioloalveolar (BAC) este un subtip de adenocarcinom pulmonar, care începe la nivelul alveolelor pulmonare.  Aproape orice tip de tumoră pulmonară sau cancer pulmonar poate comprima alveolele și poate reduce capacitatea de schimb gazos. În unele cazuri, tumora va umple alveolele și nu mai permite trecerea oxigenului.

Microlitiaza alveolară pulmonară este o afecțiune pulmonară rară cu formarea de pietre mici în alveole.

În cazul unor contuzii pulmonare, capilarele deteriorate pot cauza acumularea de sânge și alte fluide în țesutul pulmonar, afectând schimbul de gaze.

Alveolele pulmonare se refac?

Regenerarea alveolară după o leziune pulmonară acută a fost observată la multe mamifere. Rezultatele pe modele animale au arătat că celulele alveolare de tip II (AT2) funcționează ca celule stem alveolare rezidente care pot prolifera și se pot diferenția în celule alveolare de tip I (AT1) pentru a construi noi alveole după o leziune pulmonară.

Celulele de tip II, numite și pneumocite de tip II sau celule alveolare de tip II, eliberează surfactant pulmonar pentru a scădea tensiunea superficială și, de asemenea, se pot diferenția pentru a înlocui celulele de tip I deteriorate.

Celulele de tip II sunt capabile de diviziune celulară, dând naștere unui număr mare de celule alveolare de tip I și II, atunci când țesutul pulmonar este deteriorat.

Pentru a opri deteriorarea alveolelor pulmonare, este important să respectăm o serie de măsuri:

  • Limitarea expunerii la poluanți, atât în exterior, cât și în interior. În acest sens, se recomandă utilizarea unui purificator de aer în încăperile în care stam de obicei, acasă sau la serviciu, pentru a reduce praful și fumul din interior. Putem purta, de asemenea, o mască, dacă ne expunem la praf suplimentar, mucegai sau alergeni. În zilele în care poluarea aerului  din exterior este mare și indicele de calitate a aerului este într-un interval nesănătos, este bine să reducem la minim expunerea, ieșind cât mai puțin, ținând ușile și ferestrele închise și utilizând purificatorul în interior.
  • Reducerea fumatului sau renunțarea la fumat sunt esențiale pentru a păstra sănătatea alveolelor pulmonare și căilor respiratorii în general. Fumatul este un factor de risc important pentru bolile pulmonare. Fumul de tutun afectează tractul respirator la fiecare nivel. Aceasta include alveolele. Fumul de țigară afectează modul în care funcționează alveolele, provocând daune până la nivel molecular. Acest lucru perturbă capacitatea corpului de a se repara după o infecție sau o traumă. Dacă expunerea la fum continuă, leziunile alveolare se agravează.
  • Controale medicale regulate sunt, de asemenea, importante, pentru că pot depista diferite afecțiuni în stadii incipiente, ceea ce crește șansele de vindecare.
  • Sănătatea sistemului imunitar contează foarte mult pentru a avea un aparat respirator sănătos, neafectat de infecții și inflamații. În acest sens, este recomandat consumul de întăritoare, vitamine, precum și vaccinările împotriva gripei.
  • Un stil de viață sănătos, cu o dietă bogată în fructe, legume, cereale și surse de protein, precum și  exercițiile fizice regulate ajută la menținerea plămânilor și a întregului organism într-o formă cât mai bună.

Surse: